甲醇汽油甲醛排放及其對潤滑油性能影響試驗研究

楊超

摘 要 對于兩輛燃燒甲醇汽油的車輛進行8萬公里試驗運行，期間對車輛的甲醛排放以及更換的潤滑油進行試驗檢測。結果表明：分別燃用M15甲醇汽油和93號汽油時，尾氣中都有甲醛排放，M15甲醇汽油甲醛排放高于93號汽油，兩者處于同一數量級。隨著行駛里程的增加，兩輛車輛所更換的潤滑油運動粘度變化率均在20%范圍內，酸值增加量都小于0.5mgKOH/g，水分含量都小于0.2%，滿足換油指標的規定，可以得出M15甲醇汽油對發動機潤滑油性能劣化影響較小。

關鍵詞 M15甲醇汽油 甲醛排放 潤滑油

0前言

近年來我國汽車產業快速發展，2013年，汽車產銷量均達到2200萬輛，連續四年位于全球第一，機動車保有量達到2.5億輛，這必然會導致汽車石油消耗量持續增大，加劇我國的石油資源短缺。與此同時，汽車保有量的持續增長使得汽車尾氣排放造成的城市環境污染也越來越嚴重，因此開發和研究合適的新型清潔石油替代能源是緩解石油資源短缺、改善大氣污染的有效手段。

“富煤、貧油、少氣”是我國目前的能源現狀，煤炭資源豐富以及煤炭產業升級轉型的政策導向為新型清潔石油替代能源的發展提供了基礎和方向，將煤炭轉化為甲醇，大力發展甲醇燃料，符合我國的能源資源現狀，是解決我國石油資源短缺的重要途徑。甲醇與汽油具有相似的理化性質，在汽車上使用低比例的甲醇汽油時不需要對發動機結構進行任何改動與調整，只有大比例摻燒甲醇時，需對發動機的供油控制系統進行改動，使用較為方便。但是汽車燃用甲醇燃料也存在非常規污染物甲醛排放以及對金屬的腐蝕和橡膠的溶脹等問題，制約著甲醇汽油的推廣。

目前，國內外學者對甲醇汽油的排放以及腐蝕性進行了較多的研究，但是很少有對車輛長期燃用甲醇汽油后的甲醛排放和腐蝕性進行研究。本文對兩輛燃用M15甲醇汽油的車輛進行長達8萬公里的試驗運行，運行期間定期測量車輛的甲醛排放，同時更換93#汽油進行對比試驗，并且定期對車輛的潤滑油進行更換，對更換潤滑油的三個主要劣化指標粘度、酸度和水分進行試驗，以評價M15甲醇汽油對發動機潤滑油的影響。

1試驗裝置和方法

本試驗選擇市場上較為普遍的兩款排量分別為1.6L朗逸和2.0T帕薩特的汽油車進行試驗運行，試驗車輛道路運行8萬公里，其中：前1萬公里運行時車輛燃料為93號汽油，完成試驗車輛的磨合；從第一萬公里開始，車輛燃用M15甲醇汽油運行，運行里程為7萬公里，運行期間分別對車輛的甲醛排放和潤滑油性能進行試驗。

1.1甲醛排放試驗方法

目前，國標中沒有對汽車尾氣中甲醛排放測試方法進行規定，只能以現有的《公共場所空氣中甲醛測定方法》標準作為參考。國內外學者對汽車尾氣中甲醛排放測試中應用較多的測試方法主要有氣相色譜法、高效液相色譜法、酚試劑分光光度法等，色譜法存在儀器設備昂貴、使用成本高以及對試驗操作人員要求也較高等缺點，因此本次試點中甲醛排放測試采用基于酚試劑分光光度法的快速甲醛測試儀，同時基于自行開發的尾氣采樣系統對兩輛試驗車輛的甲醛排放進行測量。道路運行中，車輛行駛里程數分別達到1萬、4萬和8萬公里時，分別測試車輛燃燒93#汽油和M15甲醇汽油的甲醛排放。

本試驗中利用甲醛可以與水任意互溶的特性來收集汽車尾氣中的甲醛，圖1為汽車甲醛排放測試儀的系統原理圖，汽車尾氣通過采樣泵進入到采樣系統中進行冷卻，再通過水分離器除去尾氣中的水蒸汽，而后通過流量計進入到混合器中與一定流量的大氣混合，然后通入甲醛吸收裝置得到反應溶液，最后通過甲醇分析儀可以讀出試驗結果。測試儀器采用快速甲醛測試儀，儀器的甲醛濃度測量范圍為0-1.00mg/m3，儀器的測量精度為0.01mg/m3。

1.2潤滑油性能檢測試驗方法

發動機燃燒甲醇汽油時會對潤滑油產生影響，而潤滑油的三個主要性能劣化指標分別是運動粘度、酸度和水分，因此需要對更換的潤滑油的三個主要指標進行檢測。運行中車輛燃料為M15甲醇汽油，發動機潤滑油型號為5W-40，未使用時其理化指標如表1所示，每隔5000公里對車輛進行檢查和維護，保證其良好的行駛性能，同時更換潤滑油、機油濾芯、汽油濾芯等，對更換后的潤滑油進行取樣，分析其理化指標。

2甲醛排放結果分析

由圖中可以看出可知，在怠速（900r/min）以及高怠速（2500r/min）工況下，試驗車輛上使用的M15甲醇汽油和使用93#汽油相比，甲醛排放量高于93號汽油的排放量。這是由于車輛燃燒甲醇汽油時，燃料中的甲醇不完全燃燒會產生甲醛排放；同時甲醛作為一種燃燒的中間產物普遍存在于碳氫化合物燃燒過程中，因此在車輛燃燒93號汽油時排氣中也有甲醛的存在。并且怠速工況下甲醛排放高于高怠速工況，這是由于高怠速工況下缸內溫度較高，高溫不利于甲醛的生成，在較高溫度下，HC和甲醛可能完全氧化生成CO2和H2O。

同時隨著行駛里程的增加，朗逸在怠速工況下甲醛排放呈現先減小后緩慢增大的趨勢，而高怠速工況下呈現逐步增大的趨勢；帕薩特在怠速和高怠速工況下都呈現先增大后減小的趨勢，怠速工況下增大明顯。原因可能是隨著車輛行駛里程的增加，從1萬公里的磨合狀態到8萬公里的逐漸老化狀態，發動機的性能變化導致上述的甲醛排放變化。同時由于兩輛試驗車輛性能差異以及帕薩特為渦輪增壓發動機，排氣溫度較高，因此兩輛試驗車輛甲醛排放趨勢有差異。

由于M15中甲醇含量較少，從試驗結果可以看出，試驗車輛的發動機工作正常，燃燒較為充分，因此燃用M15時甲醛的生成量比較低的，與燃用汽油時的生成量處于同一數量級。

3潤滑油試驗結果分析

3.1粘度試驗結果分析

運動粘度是潤滑油的一個最重要的性能指標，運動粘度的大小影響潤滑油在摩擦副中形成的油膜強度以及其流動性的大小。通常情況下，由于氧化作用、燃料油的稀釋、潤滑油中輕組分的揮發以及機械剪切等都會造成潤滑油粘度的變化，粘度過大會增加機械的動力損耗，并且粘度過大會造成潤滑油泵送困難，潤滑油難以在摩擦副間形成充足的潤滑油膜，粘度過小則會導致摩擦副間油膜厚度過小，機械磨損增加，甚至造成發動機的拉缸。

在此試驗中，分別測量40℃和100℃運動粘度，并且計算運動粘度變化率，試驗完成后進行數據處理，得到潤滑油粘度隨行駛里程的變化關系，如圖5、6所示。

從圖中可以看出，隨著試驗車輛行駛里程的增加，兩輛車所更換的潤滑油在相同溫度下的粘度都會有隨之增高的趨勢，并且朗逸較帕薩特相比增高趨勢明顯，這是由于發動機燃燒甲醇汽油時，甲醇及其燃燒產物甲酸的可能會流入到曲軸箱中，會與潤滑油中的添加劑反應導致潤滑油粘度增加；同時隨著行駛里程的增加，發動機開始出現緩慢老化，導致燃料竄入到曲軸箱的機率增加，所以其粘度會有緩慢增長的趨勢；同時，兩臺試驗車輛所更換的潤滑油粘度與未使用的潤滑油粘度相比，變化很小。

圖7為潤滑油100℃運動粘度變化率隨行駛里程的變化關系，根據國標中關于機油換油指標的規定，100℃運動粘度變化率最大不能超過20%，由試驗數據可知，兩輛試驗車輛所使用潤滑油在100℃時的粘度變化率均在20%范圍內，因此可知，M15甲醇汽油對潤滑油的粘度影響很小。

3.2酸值試驗結果分析

潤滑油的酸值變化主要原因是氧化變質和污染變質，酸值主要影響零件的腐蝕性，若酸值過高就會對發動機零部件產生腐蝕作用。潤滑油在使用中由于水分存在、甲醇及其燃燒產物甲醛、甲酸等的竄入等都會使潤滑油氧化作用加劇，加速潤滑油的老化，在此過程中會產生較多的酸性物質。潤滑油酸值較大會對發動機部件造成腐蝕，并且與金屬部件相互作用還會使潤滑油的老化加速，會對發動機造成較大的損害。圖8和9為酸值以及增加量隨行駛里程的變化關系。

由上圖可知：潤滑油酸值有隨著試驗車輛行駛里程的增加而增大的趨勢，并且朗逸較帕薩特相比增高趨勢較大，這是由于發動機燃燒甲醇汽油時，氣缸中的甲醇及其燃燒產物可能會流入曲軸箱中，加劇了潤滑油的氧化老化，酸值增加；從圖5.5中可以看出總體酸值增加較小，都小于0.5mg，均低于2.0mg的換油限值，這表明M15甲醇汽油對潤滑油的酸值影響很小。

3.3水分試驗結果分析

燃燒中生成的水蒸氣以及環境中的水的凝結會造成潤滑油中有水分存在，這容易造成潤滑油乳化變質產生油泥，同時也增加了潤滑油的氧化作用，使其氧化變質產生不溶性物質和有機酸，破壞潤滑系統油膜，腐蝕金屬部件，因此需要避免潤滑油中過多水分的存在。

潤滑油水分試驗結果為：兩臺車輛所更換的潤滑油含水量過小，很難精確測量出，均低與國標規定的0.2%，因此可以得出結論試驗車輛燃燒M15甲醇汽油對潤滑油水分含量基本無影響。

4結論

（1）兩輛試驗車輛分別燃油M15甲醇汽油和93號汽油時，排氣中都有甲醛排放，M15甲醇汽油甲醛排放高于93號汽油，兩者甲醛排放量都較低，處于同一數量級；對于兩種燃料怠速工況下的甲醛排放要高于高怠速工況下的甲醛排放。

（2）隨著試驗車輛行駛里程的增加，兩輛試驗車輛所更換的潤滑油在相同溫度下的粘度都會有隨之增高的趨勢，100℃時的運動粘度變化率均在20%范圍內；潤滑油酸值有隨著試驗車輛行駛里程的增加而增大的趨勢，酸值增加量都小于0.5mgKOH/g；潤滑油中水分含量均低于0.2%，可以得出M15甲醇汽油對發動機潤滑油性能劣化影響較小。

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